基于拉曼-纳斯声光衍射的新型紫外准分子激光均束器件研究

随着现代微技术手段对紫外准分子激光器的需求，由均束器来改善激光束的均匀性就成为迫切需要解决的关键问题。我们用拉曼-纳斯声光材料与波导管组合的方法，建立一种新型的均束器件。首次将声光衍射的原理运用于激光光束均匀化处理当中，研究该器件对激光束的多尖峰同时发生拉曼-纳斯衍射并且不同衍射级衍射光非相干叠加的均匀场理论，同时研究该器件均束时的各相关参量及其动态特性。由于目前的均束器只是合并了入射光的平均强度起伏，而对准分子激光器普遍存在的局域强度起伏（即尖峰）往往均束的效果不佳，利用声光衍射消除尖峰的影响，方法具有创新性；同时，利用多级衍射的多位组、不同衍射级的非相干叠加，避免干涉和衍射造成的强度调制，建立均匀衍射光场，有一定的理论创新性。波导管与声光衍射协同均束，均匀化程度加强，且易得到所需光斑的大小和形状，加之有源控制下的主动和灵活，使得这种均束器实用、简单和有效，因而研究有意义、应用有前景。

采用高斯谢尔Gaussian-Schell模型（GSM）描述部分相干的准分子激光束，利用柯林斯（Collins）衍射积分和MATLAB对其通过光栅的输出光强进行模拟计算，研究了拉曼-纳斯声光衍射的多位组、不同衍射级的非相干叠加，继而研究避免干涉和衍射对均束强度调制的均匀场理论，得出产生平顶高斯光时的光栅性质，并以传统的复眼式阵列进行了比较，显示出衍射相位光栅(DPG)法的优势，对新型的光学整形有重要意义。 . 利用部分相干光理论和广义惠更斯-菲涅耳原理分析和求得准分子激光通过声光作用介质后的光衍射光强分布，运用傅里叶变换代替积分并调用Matlab里面的快速傅里叶变换函数进行数值计算，建立了部分空间相干的多模准分子激光束衍射理论模型；分析了不同的声光介质综合参数和不同衍射距离及横向相干长度对光强分布的影响，能够从光束均质化的需要获得设计衍射器件的技术参数。 . 考虑无缝扫描和常规抗蚀剂的激光光刻，设计了无须光阑就能直接获得正六角形光束的光波导管均束器，通过合理假设和理论推算的方法，既保证足够反射的次数来维持好的均匀性，又避免不必要的管长所带来更多的反射损耗。利用ZEMAX光学设计软件进行模拟并分析光波导管输出的近乎平顶能量分布的极好均匀照明光，建立了波导管均匀光束的理论模型，设计了管长、管径和管形。.　　通过Raman-Nath声光衍射的贝塞尔函数解析和数值模拟的方法，获得了拉曼纳斯声光衍射的各级光强分布规律和各种因素影响的效果，发现了调制因子对拉曼纳斯衍射产生的重大作用——随着调制因子的增加，各衍射级的光强相对系数有明显变化，且各级衍射光强变得匀滑。理论和实验验证了Klein和Cook提出的Raman-Nath衍射判据的局限性，证实了Willard以及Moharam/Young补充判据的正确性，探索了与衍射光强匀滑相关的可变或可控参量，并研究了其动态特性。在某种程度上能为Raman-Nath衍射声光器件制作参数的选择提供参考。